طراحی سیستم ضد برخورد خودرو با استفاده از مبدل محدوده اولتراسونیک

با پیشرفت مداوم فناوری خودرو، به ویژه توسعه فناوری رانندگی خودکار، تجهیزات تشخیص فاصله بیشتر و بیشتر ظاهر می شوند. در حال حاضر، چهار روش اصلی در محدوده گیری خودرو استفاده می شود: حالت برد راداری موج میلی متری. حالت محدوده سیستم دوربین؛ حالت محدوده لیزری؛ حالت محدوده اولتراسونیک رادار موج میلی متری مشکل تداخل الکترومغناطیسی دارد و سیستم دوربین گران است تا محبوبیت آن در خودروها را دشوار کند. محدوده لیزری دارای مزایای زمان اندازه گیری کوتاه، برد زیاد، دقت بالا و غیره، انطباق با نیازهای محدوده خودروها از سرعت کم تا سرعت بالا، جلوگیری از پدیده عدم دقت محدوده ناشی از سرعت برد کم در هنگام رانندگی با سرعت بالا است. سنسور اندازه گیری فاصله اولتراسونیک در اصل ساده است، ساخت آن راحت است و نسبتا کم هزینه است، اما فقط برای اندازه گیری فاصله کوتاه و سرعت کم مناسب است، بنابراین برای اندازه گیری فاصله زمانی که خودرو در حال معکوس است، استفاده می شود. سیستم هشدار ایمنی که ترکیبی از اندازه‌گیری فاصله لیزری و اندازه‌گیری فاصله اولتراسونیک پیشنهاد شده در این مقاله است، برای کمک به راننده در تشخیص و نمایش فاصله بین وسیله نقلیه و موانع اطراف در شرایط مختلف رانندگی و جهت‌های مختلف طراحی شده است. هنگامی که فاصله مانع کمتر از فاصله تعیین شده است، راننده در فاصله ایمن قرار می گیرد تا از تصادف رانندگی ناشی از واکنش نابهنگام راننده جلوگیری کند.

2. طراحی طرح سیستم ضد برخورد

کلید تحقق اجتناب از برخورد خودرو در استفاده از سیستم های اندازه گیری فاصله و جلوگیری از برخورد نهفته است. این سیستم از ماژول محدوده، واحد محاسبه کنترل، واحد نمایشگر، واحد هشدار، واحد اجرا و ... تشکیل شده است. ماژول اندازه گیری فاصله مبدل اولتراسونیک دقیق شامل یک ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری است که وقتی ماشین به جلو حرکت می‌کند و یک ماژول اندازه‌گیری فاصله اولتراسونیک که هنگام عقب‌رفتن ماشین کار می‌کند. این دو به ترتیب از طریق مدارهای ارتباطی مربوط به خود به واحد کنترل متصل می شوند که می توانند موانع اطراف خودرو را در شرایط کاری مختلف مانند جلو و عقب خودرو کنترل کنند و فاصله بین خودرو و مانع را به واحد کنترل منتقل کنند. واحد کنترل از طریق واحد اجرا، واحد هشدار و غیره با اجرای آلارم های صوتی و نوری، ترمز فعال و سایر عملکردهای ضد برخورد متصل می شود.

3. اصل محدوده

اصل محدوده اولتراسونیک نوع انعکاس پالس است که از ویژگی های بازتاب آن برای کار استفاده می کند.

انتقال امواج اولتراسونیک در یک جهت خاص از طریق فرستنده اولتراسونیک و شروع زمان بندی در حین ارسال. امواج مافوق صوت در هوا منتشر می شوند و هنگامی که در راه با موانعی روبرو می شوند بلافاصله باز می گردند. گیرنده اولتراسونیک بلافاصله پس از دریافت امواج منعکس شده زمان بندی را متوقف می کند. سرعت انتشار امواج اولتراسونیک در هوا C است و اختلاف زمانی t بین ارسال و دریافت اکو با توجه به تایمر اندازه گیری می شود و فاصله S بین نقطه انتقال و مانع را می توان محاسبه کرد یعنی: S=Ct/2.

اصل برد لیزر متفاوت از اصل است مبدل اولتراسونیک سنسور از روش مثلث بندی برای محدوده بندی استفاده می کند.

فرستنده یک پالس به جلو می فرستد و پژواک منعکس شده پس از برخورد با مانع توسط گیرنده دریافت می شود و تصویر پژواک از طریق عدسی روی سنسور همگرا می شود تا یک نقطه تصویر را تشکیل دهد. هنگامی که جسم روشن شده توسط لیزر حرکت می کند، نقطه تصویر نیز روی سنسور حرکت می کند. با این فرض که طول خط پایه مشخص است و موقعیت نسبی منبع نور، حسگر و لنز تعیین می شود، شی اندازه گیری شده را می توان با اندازه گیری موقعیت نقطه تصویر روی سنسور به طور دقیق تعیین کرد.

4. سخت افزار سیستم و عملکرد آن

بدنه اصلی واحد کنترل و محاسبه از میکروکامپیوتر تک تراشه ای STC89C52RC استفاده می کند که یک ریزپردازنده COMOS8 با ولتاژ پایین و کارایی بالا با حافظه قابل برنامه ریزی فلش و قابل جابجایی قابل جابجایی توسط STC است.

با یک CPU هوشمند 8 بیتی و فلش قابل برنامه ریزی درون سیستمی، می تواند راه حل های بسیار انعطاف پذیر و فوق العاده موثری را برای بسیاری از سیستم های کاربردی کنترل تعبیه شده ارائه دهد. زنگ و چراغ LED یک واحد هشدار را تشکیل می دهند که می تواند به موقع یک زنگ صوتی و تصویری بدهد.

علاوه بر این، این سیستم از سنسور فاصله لیزری SRF020M01A استفاده می کند. سنسور اولتراسونیک با یک تراشه اختصاصی با کارایی بالا، با دقت بالا و پایداری خوب طراحی شده است. فرمان ورودی تک محدوده یابی 'a/A' است و داده های برگشتی در یک فریم بسته بندی و ارسال می شوند. سنسورهای اولتراسونیک معمولا در بازار استفاده می شوند.

وقتی ماشین رو به جلو حرکت می کند سرعت بالاست و تمام سیستم ها به جز ماژول اولتراسونیک شروع به کار می کنند. واحد کنترل (میکروکنترلر) یک فرمان محدوده ('a/A') را از طریق مدار ارتباطی سریال RS232 به ماژول برد لیزر می فرستد تا ماژول برد لیزر را برای انتشار پالس های نور به جلو کنترل کند و ماژول لیزر بازتابیده شده را از موانع دریافت می کند. بسته شماره هگزا دسیمال از طریق مدار ارتباطی RS232، مقدار خاص 'ee+06+* * * *+cc' است، ee سرصفحه فریم است، cc است در انتهای فریم، * سوم نشان دهنده نتیجه اندازه گیری هگزادسیمال است.

پس از تبدیل میکروکامپیوتر تک تراشه به یک سیستم اعشاری، مدار نمایشگر به صورت پویا فاصله مانع S را نمایش می دهد و در همان زمان، قضاوت می شود که اگر S کمتر از آستانه تنظیم شده K باشد، چراغ LED قرمز واحد هشدار همچنان چشمک می زند و زنگ هشدار همچنان به هشدار برای یادآوری رانندگی ادامه می دهد. هنگامی که راننده پس از مدت زمان معینی همچنان نتواند اقدامات موثری را انجام دهد، میکروکامپیوتر تک تراشه ای برای جلوگیری از برخورد فعال، ترمز اضطراری واحد اجرایی را ایجاد می کند.

هنگامی که خودرو در حال دنده عقب است، سرعت کم است و سنسور ماژول اولتراسونیک جایگزین ماژول برد لیزر می شود. تحت کنترل سیگنال سطح بالا با پورت IO میکروکامپیوتر تک تراشه ای بیشتر از 10US، به طور خودکار امواج مربعی 40KHZ را به عقب منتقل می کند.

پس از بازگشت موج اولتراسونیک، میکروکامپیوتر تک تراشه ای زمان رفت و برگشت اولتراسونیک را از مدت زمان سطح بالای پین INT0 اندازه گیری می کند و فاصله بین خودرو و مانع را از طریق تبدیل به دست می آورد. پس از آن، هر واحد از سیستم برای دستیابی به همان کار ضد برخورد مانند محدوده لیزری استفاده می شود.

5. طراحی نرم افزار سیستم

این طراحی نرم افزار اندازه گیری فاصله اولتراسونیک را نشان می دهد. پس از راه اندازی سیستم، سنسور ماژول اولتراسونیک امواج اولتراسونیک را به سمت عقب ساطع می کند و در حین دریافت امواج اولتراسونیک، تایمر را راه اندازی می کند. فاصله مانع S از زمان اندازه گیری T محاسبه می شود و واحد نمایشگر به صورت پویا فاصله متغیر S را نمایش می دهد. اگر فاصله S کمتر از آستانه تنظیم شده باشد، سیستم یک هشدار صوتی و بصری می دهد، چراغ های LED همچنان چشمک می زند و زنگ هشدار به راننده یادآوری می کند که اقدامات به موقع برای جلوگیری از برخورد را انجام دهد. اگر فاصله S پس از 1 ثانیه تأخیر همچنان کمتر از آستانه تعیین شده باشد، نشان دهنده این است که راننده هیچ عملیات مؤثری را انجام نداده است. بنابراین، سیستم ماشین را برای ترمز اضطراری کنترل می کند و به طور فعال از جلوگیری از برخورد جلوگیری می کند. طراحی نرم افزار محدوده لیزری را نشان می دهد. پس از اینکه ماژول لیزر پالس های لیزر را ساطع و دریافت کرد، مدار داخلی ماژول به طور همزمان محاسبه فاصله S را کامل می کند. اگر S کمتر از آستانه باشد، زنگ هشدار صادر می شود.

6 نتیجه گیری

این سیستم یک روش ترکیبی اندازه‌گیری فاصله را انتخاب می‌کند که ترکیبی از حسگر فاصله لیزری و یک حسگر است مبدل اولتراسونیک برای اندازه گیری فاصله . روش اندازه‌گیری فاصله یک سنسور منفرد به دلیل شرایط کاربردی سنسور بسیار محدود است و برآوردن وضعیت پیچیده رانندگی و محیط خارجی قابل تغییر خودرو دشوار است، بنابراین مزایای این سیستم آشکار است. در حالت های مختلف رانندگی مانند جلو، عقب، سرعت کم، سرعت زیاد و غیره، این سیستم می تواند به طور موثر موانع موجود در محیط اطراف خودرو را رصد کرده و از آن فاصله بگیرد، به طوری که خودرو می تواند به طور فعال از برخورد جلوگیری کند و از تصادفات رانندگی جلوگیری کند. چشم انداز تحقیق